JP5719564B2 - Apparatus and method for accurate ECG measurement during cardiopulmonary resuscitation with segmented stitching adaptation algorithm - Google Patents
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Description
本開示は、概して心電図(ECG)信号を処理するシステム、方法、および装置の分野に関する。より詳細には、本発明は、心肺蘇生(CPR)に起因するECG信号におけるアーチファクトを適応的除去するシステム、方法、および装置に関する。 The present disclosure relates generally to the field of systems, methods, and devices for processing electrocardiogram (ECG) signals. More particularly, the present invention relates to a system, method and apparatus for adaptively removing artifacts in ECG signals resulting from cardiopulmonary resuscitation (CPR).
心停止事故の減少に役立つように自動体外式除細動器(AED)が開発されてから、ほぼ20年が過ぎた。その期間にAEDは、たとえば事務所、ショッピングセンタ、スタジアム、および通行人の往来が激しい他の場所など公共の地域に広く普及するようになってきた。AEDは、心臓事象の極めて重要な初期段階において以前は救助が受けられなかった公共の場での心臓緊急状態中に医療救助を提供する権限を市民に与えている。特に近年は、心室性不整脈と非ショック性上室性不整脈を正確に検出することができる完全自動体外式除細動器が、付添者のいない患者を治療すべく開発された(たとえば特許文献1参照)。これらの装置は、心室性不整脈を患う患者を治療し、リアルタイムでのショック性不整脈の検出において高い感受性と特異性を有する。更にAEDは、病院において治療を自動的に提供できる診断監視装置として働くように開発されている(たとえば特許文献2参照)。 Almost 20 years have passed since the development of automatic external defibrillators (AEDs) to help reduce cardiac arrest accidents. During that period, AEDs have become widespread in public areas such as offices, shopping centers, stadiums, and other places where traffic is heavy. The AED empowers citizens to provide medical rescue during cardiac emergency situations in public places that were not previously rescued during the critically early stages of a cardiac event. Particularly in recent years, fully automatic external defibrillators that can accurately detect ventricular arrhythmias and non-shock supraventricular arrhythmias have been developed to treat patients without attendants (for example, Patent Document 1). reference). These devices treat patients suffering from ventricular arrhythmias and have high sensitivity and specificity in detecting shock arrhythmias in real time. Furthermore, AED has been developed to work as a diagnostic monitoring device that can automatically provide treatment in a hospital (see, for example, Patent Document 2).
AED分野における発達に加えて、人間生理学と医療との関連性を理解する上で幾つかの進歩があった。医学研究におけるこれらの進歩は、身体外傷事故の対処における新しいプロトコルと標準操作手順の開発をもたらした。たとえば除細動のパブリックアクセスプロトコルにおいて、最近のガイドラインは、AEDの使用と共に心肺蘇生(CPR)の必要性を強調してきた。実際に、最近の米国心臓協会(AHA)の心肺蘇生と緊急心血管医療のガイドラインは、AEDがショック性調律を検出し、その後、救助者に直ちに圧迫を回復させるように促すことによって、緊急事態対応プロトコルに組込まれ得ると示唆している(たとえば非特許文献1参照)。更にガイドラインは、具体的には患者の再評価によって保留圧迫数を減らすと共に、経験のある医療専門家への効率的な転送を確保する方向に救助者を更に再教育するか支援するAEDが開発され得ると解説している。独自の研究と共にガイドラインは、AED装置の提案使用法として、CPRと共に、除細動を伴う包括的な方法をもたらした。 In addition to developments in the AED field, there have been several advances in understanding the link between human physiology and medicine. These advances in medical research have led to the development of new protocols and standard operating procedures in dealing with physical trauma accidents. For example, in public access protocols for defibrillation, recent guidelines have emphasized the need for cardiopulmonary resuscitation (CPR) along with the use of AEDs. In fact, the recent American Heart Association (AHA) cardiopulmonary resuscitation and emergency cardiovascular medical guidelines have shown that an AED can detect a shock rhythm and then prompt the rescuer to restore pressure immediately. It is suggested that it can be incorporated into a corresponding protocol (for example, see Non-Patent Document 1). In addition, guidelines have been developed by the AED, specifically reducing or reducing the number of pending pressures through patient re-evaluation and further re-educating or supporting rescuers in the direction of ensuring efficient transfer to experienced medical professionals. Explains that it can be done. The guidelines, along with their own research, have resulted in a comprehensive method with defibrillation, along with CPR, as a suggested use for AED devices.
現行のAEDは、除細動を提供する間、ガイドラインによって推奨されるようなAEDの現行提案使用方法の実行において機能しない。今日利用可能な大部分のAEDは、心室調律の分類を試みる。具体的には、現行のAEDは、ショック性心室調律と、非ショック性の他の全ての調律との間を識別しようとする。心室調律のこの検出と分析は、ECG波形のリアルタイム分析を必要とする。従って、AEDの機能性、精度、および速度は、ECG波形のリアルタイム分析に利用されるアルゴリズムとハードウエアに大きく依存する。 Current AEDs do not work in performing the current proposed use of AEDs as recommended by the guidelines while providing defibrillation. Most AEDs available today attempt to classify ventricular rhythms. Specifically, current AEDs attempt to distinguish between shocking ventricular rhythms and all other non-shock rhythms. This detection and analysis of ventricular rhythm requires real-time analysis of the ECG waveform. Thus, the functionality, accuracy, and speed of AEDs are highly dependent on the algorithms and hardware used for real-time analysis of ECG waveforms.
多くの実装において、アルゴリズムは、心拍数計算と、特許文献1と特許文献3において開示されるように、ECG波形因子と不規則性のようなECG波形から得られた様々な形態的特徴とに依存する。更に十分な処理能力を提供するために、現行のAEDは通常、マイクロコントローラ内にアルゴリズムと制御論理を組込む。 In many implementations, the algorithm is based on heart rate calculations and various morphological features derived from ECG waveforms such as ECG waveform factors and irregularities as disclosed in US Pat. Dependent. In order to provide more processing power, current AEDs typically incorporate algorithms and control logic within the microcontroller.
現行のアルゴリズムと特殊なハードウエアの実装は、AEDの有効性に及ぼす深刻な影響を有し得ることが知られている。具体的には、ECG信号の信号対ノイズ比は、AED
性能に大きく作用する。たとえば救助活動中、多くの現行AEDに実装されたアルゴリズムは、検知心室調律を分類すべく、数秒間のクリーンなECG信号データを必要とする。救助者が、1分当たり100サイクルに近い規定の速度で胸部圧迫と弛緩を適用し得る心肺蘇生中に、そのようなクリーン信号データを得る機会は、有意に減る。実際には、胸部圧迫と弛緩は、ECG記録において有意な動きアーチファクトを発生させる。更にECG信号は、心室性不整脈事象中、貧弱な振幅を示し、更に信号対ノイズ比を下げるので、低品質または使用に適さない信号が生じることが多い。これらの状態において、既存の不整脈認識アルゴリズムは、適切に機能しないかもしれず、被災者を危険に晒す。
It is known that current algorithms and specialized hardware implementations can have a serious impact on the effectiveness of the AED. Specifically, the signal-to-noise ratio of the ECG signal is AED
It greatly affects the performance. For example, during rescue operations, many current AED-implemented algorithms require several seconds of clean ECG signal data to classify detected ventricular rhythms. The opportunity for rescuers to obtain such clean signal data is significantly reduced during cardiopulmonary resuscitation where chest compressions and relaxations can be applied at a defined rate approaching 100 cycles per minute. In practice, chest compressions and relaxations generate significant motion artifacts in ECG recording. In addition, ECG signals exhibit poor amplitude during ventricular arrhythmia events and further reduce the signal-to-noise ratio, often resulting in poor quality or unusable signals. In these situations, existing arrhythmia recognition algorithms may not function properly, putting the victim at risk.
ECG電極とアナログフロントエンド回路の設計を変えることによって、感覚性アーチファクトの作用を減らす試みがなされてきた。1つの設計は、ECG増幅器において高域カットオフすべく低域カットオフ周波数を実行する。他の設計は、アーチファクトをある程度回避しようと試みるべく、同相除去比(CMRR)が非常に高い差動増幅器を利用する。しかし、これらの設計において、デジタル論理とアルゴリズムを用いて任意のアーチファクトを除去するために、デジタル領域において良質の信号を取込むことが必須である。これは、主としてアナログからデジタルへの変換中の飽和効果を受けて低下した信号品質を現在周知の技術を用いて回復できないという事実による。 Attempts have been made to reduce the effects of sensory artifacts by changing the design of ECG electrodes and analog front-end circuitry. One design implements a low cut-off frequency to achieve a high cut-off in the ECG amplifier. Other designs utilize differential amplifiers with very high common mode rejection ratio (CMRR) in an attempt to avoid some artifacts. However, in these designs, it is essential to capture good quality signals in the digital domain in order to remove any artifacts using digital logic and algorithms. This is mainly due to the fact that the signal quality which has been degraded due to saturation effects during the conversion from analog to digital cannot be recovered using currently known techniques.
電極の設計に加えて、現行アルゴリズムは、CPRの現行の基準と実践下でのアーチファクトのフィルタリングに効果が無い。本課題のうちの1つは、CPR圧迫サイクル中にもかかわらずショック性心臓調律を同定することと、非ショック性/回復調律をリアルタイムで同定することである。心停止状態は、重要な測定基準なので、別の課題は、心停止を正確に検出することである。ECG信号を乱れさせ得るCPRアーチファクトの同定と除去を行う種々の方法が、提案されてきた。たとえば特許文献4は、アーチファクトを除去しようとして基準信号を利用する。特許文献5は、基準信号と共に、心臓系の動作に関する前提に依存するアルゴリズムを提供する。特許文献6は、CPR活動の指標としてと、基準信号を提供するためとに多数のセンサを用いる。特許文献4は、ECGセグメントにおけるCPRアーチファクトの存在を同定すべく、CPR活動を示す基準信号を利用する。特許文献7は、有意な患者の動きを同定するため経胸腔インピーダンス測定を利用することを開示している。特許文献8は、ECG信号上のノイズ効果を推定すべく複数のECGリードを利用することを記載している。特許文献9は、線形予測フィルタリングと再帰的最小二乗法を用いてシステムを同定する周波数領域法を開示している。幾つかの最近の研究において、遅延基準信号に関する適応回帰に基づくECGフィルタリングの別法が紹介された(たとえば非特許文献2参照)。CRPアーチファクト検出とフィルタリングの更に別の方法は、異常を除去すべく、基準信号の代わりに周波数変調を利用することに重点を置いている(たとえば非特許文献3参照)参照)。対応状況において治療を実施する他の開示方法は、CPR活動の検出と測定に重点を置き、CPR圧迫の深度と存在を推定すべく胸部圧迫検出器(たとえば特許文献10参照)または加速度計(たとえば特許文献11参照)を利用する。 In addition to electrode design, current algorithms are ineffective in filtering CPR current standards and practices. One of the challenges is to identify shock heart rhythm despite the CPR compression cycle and to identify non-shock / demodulation rhythm in real time. Since cardiac arrest is an important metric, another challenge is to accurately detect cardiac arrest. Various methods have been proposed for identifying and removing CPR artifacts that can disrupt the ECG signal. For example, Patent Document 4 uses a reference signal in an attempt to remove artifacts. U.S. Patent No. 6,057,028 provides an algorithm that relies on assumptions regarding the operation of the heart system along with a reference signal. U.S. Pat. No. 6,057,096 uses a number of sensors as an indicator of CPR activity and to provide a reference signal. U.S. Pat. No. 6,057,059 utilizes a reference signal indicative of CPR activity to identify the presence of CPR artifacts in an ECG segment. U.S. Patent No. 6,057,836 discloses the use of transthoracic impedance measurement to identify significant patient movement. Patent Document 8 describes using a plurality of ECG leads to estimate a noise effect on an ECG signal. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-228561 discloses a frequency domain method for identifying a system using linear predictive filtering and a recursive least square method. Several recent studies have introduced alternative methods of ECG filtering based on adaptive regression on delayed reference signals (see, for example, Non-Patent Document 2). Yet another method of CRP artifact detection and filtering focuses on the use of frequency modulation instead of a reference signal to remove anomalies (see, for example, Non-Patent Document 3). Other disclosed methods of performing therapy in response situations focus on the detection and measurement of CPR activity, and a chest compression detector (see, for example, US Pat. Patent Document 11) is used.
しかし、これらのプラットフォームまたは方法は全て、最近の米国心臓協会CPRガイドラインに従って、リアルタイム治療を提供するとき、制限や問題がある。従って、様々なECGセグメントにわたって効果的であり、計算コストが低く、更にリアルタイムに近い分析とフィルタリングを示す、ECG信号からCPRアーチファクトをフィルタリングする方法と装置、従ってショック性状態と非ショック性状態を判定すべくクリーンな信号を可能にする方法と装置が望まれる。 However, all of these platforms or methods have limitations and problems when providing real-time treatment in accordance with recent American Heart Association CPR guidelines. Therefore, a method and apparatus for filtering CPR artifacts from an ECG signal that is effective across various ECG segments, showing low computational cost, and showing near real-time analysis and filtering, thus determining shock and non-shock conditions A method and apparatus that enables as clean a signal as possible is desired.
本発明の種々の実施形態は、検知ECG信号から信号アーチファクトをリアルタイムでフィルタリングする方法と装置を開示する。種々の実施形態は、ECG信号から信号アーチファクトをフィルタリングすべく、区分ステッチング適合アルゴリズムを利用する装置または自動化方法を有する。種々の実施形態は、たとえば特別に設計されたコンピュータプロセッサまたはマイクロプロセッサなどのコンピュータハードウエアにおいて区分ステッチング適合アルゴリズムを実装する。他の実施形態は、区分ステッチング適合アルゴリズムを非揮発性コンピュータアクセス可能なメモリに記憶する。種々の実施形態において、ハードウエアは、生理的信号を検知するセンサに接続される。特定の実施形態において、センサのうちの1つは、ECG信号を検知する。他の実施形態において他のセンサは、アーチファクト信号を検知する。アーチファクト信号は、CPR圧迫信号、血液動態信号、またはECG信号においてアーチファクトを生じさせ得る更に別の生理的機能を反映する他の信号であり得る。更にCPRアーチファクトの代表的信号は、超音波、光検出、およびアーチファクトの物理的原因を示し得る心弾動図のような検知技術を用いることによって獲得されることが可能である。 Various embodiments of the present invention disclose methods and apparatus for filtering signal artifacts from a sensed ECG signal in real time. Various embodiments have an apparatus or automated method that utilizes a piecewise stitching adaptation algorithm to filter signal artifacts from an ECG signal. Various embodiments implement a piecewise stitching adaptation algorithm in computer hardware such as a specially designed computer processor or microprocessor. Other embodiments store the segment stitching adaptation algorithm in a non-volatile computer accessible memory. In various embodiments, the hardware is connected to sensors that sense physiological signals. In certain embodiments, one of the sensors detects an ECG signal. In other embodiments, other sensors detect the artifact signal. The artifact signal can be a CPR compression signal, hemodynamic signal, or other signal that reflects yet another physiological function that can cause artifacts in the ECG signal. Further, representative signals of CPR artifacts can be obtained by using sensing techniques such as ultrasound, light detection, and cardiograms that can indicate the physical cause of the artifact.
次に前記方法と装置は、ECG信号とアーチファクト信号から信号試料窓を選択することによって、ECG信号からアーチファクト信号によって生じるアーチファクトを除去すべく、区分ステッチング適合アルゴリズムを実行し得る。次に1次信号セグメントと2次信号セグメントは、ECG信号とアーチファクト信号から生じ得る。次に1次信号セグメントと2次信号セグメントの間の関係が測定され得る。これは、測定された関係に基づき1次信号における信号アーチファクトの推定を可能にし得る。最終的に、種々の実施形態は、1次信号セグメントから推定信号アーチファクトを除去し得る。 The method and apparatus may then execute a piecewise stitching adaptation algorithm to remove artifacts caused by the artifact signal from the ECG signal by selecting a signal sample window from the ECG signal and the artifact signal. A primary signal segment and a secondary signal segment can then result from the ECG signal and the artifact signal. The relationship between the primary signal segment and the secondary signal segment can then be measured. This may allow estimation of signal artifacts in the primary signal based on the measured relationship. Finally, various embodiments may remove the estimated signal artifact from the primary signal segment.
種々の実施形態において、調律分析アルゴリズムを利用することによって、ショック性ECG調律を同定し得る。これは、本方法とシステムが、たとえば自動体外式除細動器(AED)などの医療装置において利用できるようにし得る。調律分析アルゴリズムは、最近の操作、診療、およびCPRのガイドラインに適合する生命維持治療の実施を可能にし得る。 In various embodiments, shock ECG rhythms can be identified by utilizing a rhythm analysis algorithm. This may allow the method and system to be utilized in medical devices such as automated external defibrillators (AEDs). Rhythm analysis algorithms may enable the implementation of life support treatments that meet recent operational, clinical, and CPR guidelines.
種々の実施形態において、本方法と装置は、アーチファクト信号が検知されると、アーチファクトフィルタリングプロセスを実行するだけでフィルタリングと検知を最適化することになる。このようにして、治療の適用に必要な電力と待ち時間が減少する。他の実施形態において、信号試料窓は、ECG信号とアーチファクト信号の間の時間遅延に依存して均一な大きさと不均一な大きさの信号試料窓におけるECG信号とアーチファクト信号から選択される。従って、本方法と装置は、知覚欠損による検知の遅延と、生理機能の差から生じる遅延とを処理し得る。特定の実施形態において、ECGとアーチファクト信号における信号セグメントの開始時間と終了時間は、匹敵することになる。他の実施形態において、ECG信号とアーチファクト信号の試料窓の開始時間と終了時間は、適合インデキシングまたはセグメント別回帰法を利用することによって、決定されることになる。 In various embodiments, the present method and apparatus will optimize filtering and detection only by performing an artifact filtering process when an artifact signal is detected. In this way, the power and latency required for therapeutic application is reduced. In other embodiments, the signal sample window is selected from ECG signals and artifact signals in signal sample windows of uniform size and non-uniform size depending on the time delay between the ECG signal and the artifact signal. Thus, the method and apparatus can handle detection delays due to perceptual deficits and delays resulting from physiological function differences. In certain embodiments, the start and end times of signal segments in the ECG and artifact signals will be comparable. In other embodiments, the ECG signal and artifact signal sample window start and end times will be determined by utilizing adaptive indexing or segmented regression.
種々の実施形態において、区分ステッチング適合アルゴリズムは、シフト自己相関計算を用いることによってECG信号とアーチファクト信号の間の位相リードまたは位相ラグを推定することになる。次にこれらの推定は、更なる信号試料窓の選択において将来使用すべくメモリに記憶され得る。種々の実施形態において、区分ステッチング適合アルゴリズムは、1次信号セグメントと2次信号セグメントに重みを適用する重付法を利用した。特定の実施形態において、全セグメントは、均等に重付けられる。他の実施形態において、中央セグメント重付けは、より大きな重みを中央信号セグメントに提供すべく、利用される。 In various embodiments, the piecewise stitching adaptation algorithm will estimate the phase lead or phase lag between the ECG signal and the artifact signal by using a shift autocorrelation calculation. These estimates can then be stored in memory for future use in selecting further signal sample windows. In various embodiments, the piecewise stitching adaptation algorithm utilized a weighting method that applies weights to the primary and secondary signal segments. In certain embodiments, all segments are equally weighted. In other embodiments, center segment weighting is utilized to provide greater weight to the center signal segment.
種々の実施形態において、本方法と装置は、他の生理的過程を示す他の信号において生じたアーチファクトを検知し得る。従って、特定の実施形態においてアーチファクト信号は、血液動態活動の尺度である。更に本方法と装置は、アーチファクト信号の提供において1次信号に関して受動フィルタリングか能動フィルタリングを利用し得る。従って、特定の実施形態においてECG信号は、アーチファクト信号を提供すべく、帯域フィルタを用いることによってフィルタリングされる。これらの実施形態において、本方法と装置は、信号アーチファクトをフィルタリングするために、1つの検知信号だけを必要とする。 In various embodiments, the method and apparatus may detect artifacts that occur in other signals that are indicative of other physiological processes. Thus, in certain embodiments, the artifact signal is a measure of hemodynamic activity. Further, the method and apparatus may utilize passive or active filtering on the primary signal in providing the artifact signal. Thus, in certain embodiments, the ECG signal is filtered by using a bandpass filter to provide an artifact signal. In these embodiments, the method and apparatus require only one sense signal to filter signal artifacts.
背景において述べたように、幾つかのアルゴリズムは、心肺蘇生と緊急心臓血管治療の改訂AHAガイドラインに合わそうとして現行のAEDにおいて実装されてきた。1実装は、適応フィルタ技術であり、この技術は、図1において提供されるようなアルゴリズムを組込むAEDの全般的結線図に関連付けて本明細書において簡単に概説される。 As mentioned in the background, several algorithms have been implemented in current AEDs in an attempt to meet the revised AHA guidelines for cardiopulmonary resuscitation and emergency cardiovascular therapy. One implementation is an adaptive filter technique, which is briefly outlined herein in connection with the general schematic of an AED that incorporates an algorithm as provided in FIG.
適応フィルタは、幾つかのアルゴリズムを利用して実装され得るが、最小二乗法(LMS)アルゴリズム、およびその導関数がほとんどの場合に利用される。LMS適応フィルタにおいて、平均二乗費用関数(つまり)ζ=E[e2(n)]が仮定される。次に適応フィルタは、最急勾配アルゴリズムを用いることによって、瞬時二乗誤差、ζ(n)を最小化する。このアルゴリズムは、刻み幅μで負の勾配方向に係数ベクトルを更新する。たとえばFIR適応フィルタの場合、以下のようになる。 Adaptive filters can be implemented using several algorithms, but the least squares (LMS) algorithm and its derivatives are most often used. In the LMS adaptive filter, a mean square cost function (ie) ζ = E [e 2 (n)] is assumed. The adaptive filter then minimizes the instantaneous square error, ζ (n), by using the steepest gradient algorithm. This algorithm updates the coefficient vector in the negative gradient direction with step size μ. For example, in the case of an FIR adaptive filter:
w(n+I)=w(n)−μ2.N’ζ(n) (A)
式中、重みw(n)は、試料ごとに調整されることが可能である。多くの適合アルゴリズムにおいて利用される別のアルゴリズムは、再帰的最小二乗法(RLS)アルゴリズムである。RLSアルゴリズムにおいて、費用関数は、次式で与えられる。
w (n + I) = w (n) −μ2. N′ζ (n) (A)
In the equation, the weight w (n) can be adjusted for each sample. Another algorithm utilized in many fitting algorithms is the recursive least squares (RLS) algorithm. In the RLS algorithm, the cost function is given by
CPRアーチファクト除去問題において、ECG信号とCPR信号の時変性は、適応過程に複雑性をもたらす。ECG信号は、心室頻拍(VT)から心室細動(VF)、振幅の小さい心室細動、および心停止まで様々である。更に回復信号はまた、心停止から振幅の小さな心室細動、心室頻拍、上室性頻拍(SVT)など様々である。これらの波形全ての
周波数と振幅は、それら自体内の波形内で巨大な変動を示す。これらの変動に加えて、たとえば圧迫と膨張などのCPRアーチファクトは、救助者間、同様にCPRの特定サイクル中に広範囲に変動する。更に圧迫と膨張の実際の振幅は、大きく変動する。本質的に、CPRアーチファクトに一致する心室信号の変動性は、適応フィルタの整定を妨害するので、この方法を実装する装置の演算能力を低下させる。
In the CPR artifact removal problem, time-varying ECG and CPR signals introduces complexity to the adaptation process. ECG signals vary from ventricular tachycardia (VT) to ventricular fibrillation (VF), low amplitude ventricular fibrillation, and cardiac arrest. Furthermore, the recovery signal also varies from cardiac arrest to low amplitude ventricular fibrillation, ventricular tachycardia, supraventricular tachycardia (SVT), and the like. The frequency and amplitude of all of these waveforms show huge fluctuations within the waveforms within themselves. In addition to these variations, CPR artifacts such as compression and inflation vary widely between rescuers, as well as during specific cycles of CPR. Furthermore, the actual amplitude of compression and expansion varies greatly. In essence, the variability of ventricular signals consistent with CPR artifacts interferes with the settling of the adaptive filter, thus reducing the computational power of the device implementing this method.
今日あるこの適応フィルタ技術の能力と不足を考慮して、次に本発明の実施形態を記載する。
他の実施形態は、区分ステッチング適合アルゴリズム(PSAA)を用いるECG信号のノイズを除去する解決策を提供する。種々の実施形態において、区分ステッチング適合アルゴリズムは、検知心室信号を効率的に分析とクリーンにするために、区分回帰法と区分デコンボリューション法の少なくとも一方を利用し得る。
In view of the capabilities and shortcomings of this adaptive filter technology today, embodiments of the present invention will now be described.
Other embodiments provide a solution for removing noise in ECG signals using a piecewise stitching adaptation algorithm (PSAA). In various embodiments, the piece stitching adaptation algorithm may utilize at least one of a piecewise regression method and a piecewise deconvolution method to efficiently analyze and clean the sensed ventricular signal.
種々の実施形態において、区分ステッチング適合アルゴリズムは、CPR活動を測定する装置から受信された基準信号を利用する。これらの実施形態は、区分ステッチング適合アルゴリズムが全てのCPR活動の基線か基準を有するようにする。前記CPRの基線か基準を用いることによって、次にCPR活動を検知ECGに相関させることが可能である。CPR信号を得るのに利用される獲得手法、つまり供給源、試料採取技術、フィルタリング方法とセンサは、何がECG信号を得るのに利用されるかを反映する。たとえば共通モードECGは、CPR活動の固有表現を保証するために、CPR基準信号の測定に利用され得る。同じ技法を利用することによって、CPR基準信号は、ECG信号基準と1対1でマッピングされ得る。それによって、ECGデータとCPRデータの瞬時相関が生じる。他の実施形態は、機械的加速、速度、または距離測定の検知から生成される基準信号を利用し得る。しかし、これらの別の基準信号の利用において、精度は、ECGの基準信号とアーチファクト成分の間の可能な因果関係のため下降し得る。従って、実施形態は、精度を押し上げるべく、時系列ECGと共に時系列CPR基準信号を利用し得る。 In various embodiments, the segment stitching adaptation algorithm utilizes a reference signal received from a device that measures CPR activity. These embodiments allow the segment stitching adaptation algorithm to have a baseline or reference for all CPR activities. By using the CPR baseline or criteria, it is then possible to correlate CPR activity to the detected ECG. The acquisition techniques used to obtain the CPR signal, ie source, sampling technique, filtering method and sensor, reflect what is used to obtain the ECG signal. For example, the common mode ECG can be used to measure CPR reference signals to ensure a proper representation of CPR activity. By utilizing the same technique, the CPR reference signal can be mapped one-to-one with the ECG signal reference. Thereby, an instantaneous correlation between ECG data and CPR data occurs. Other embodiments may utilize reference signals generated from mechanical acceleration, velocity, or distance measurement sensing. However, in the use of these other reference signals, the accuracy may be reduced due to possible causal relationships between the ECG reference signal and the artifact components. Thus, embodiments may utilize time series CPR reference signals along with time series ECGs to increase accuracy.
CPR基準信号とECG信号の測定において同じ手法を利用することによって、精度が押し上げられるが、それでも検知信号は、試料フレーム内に1対1で整列しないかもしれない。これは、部分的に、種々の身体組織を通る機械的信号または電気的信号の伝播のためであり得る。たとえば筋肉細胞を通って伝導することによって、信号に変形が生じ得る。他の状況において、ECG信号とCPR信号の検知に利用される方法は、知覚装置または他のシステム要件に差があるため僅かに異なり得る。しかし僅かであるが、これらの差はまた、遅延を導入し得るので、1対1の相関関係が欠如する。種々の実施形態は、CPR信号とECG信号の間の関係の測定を支援すべく、コンボリューション関数か伝達関数を利用し得る。これは、1つの時系列の多数試料を他の時系列の多数試料と相互に関連付けられるようにする。たとえばECG信号のアーチファクト成分における1つより多くの試料のセグメントは、CPR基準信号における類似大のセグメントに関連付けられることが可能である。確立されると、CPR基準信号とECG信号の間の関係を利用することによって、ECG信号からアーチファクトを除去し得る。種々の実施形態において、瞬時偏析アルゴリズムとデコンボリューションアルゴリズムは共に、ECG信号からCPRアーチファクトを除去するのに利用される。 By using the same technique in measuring the CPR reference signal and the ECG signal, accuracy is increased, but the detection signal may still not be aligned 1: 1 in the sample frame. This may be due in part to the propagation of mechanical or electrical signals through various body tissues. For example, the signal can be deformed by conducting through muscle cells. In other situations, the method utilized to detect the ECG and CPR signals may be slightly different due to differences in sensory device or other system requirements. However, to a slight extent, these differences can also introduce delays and thus lack a one-to-one correlation. Various embodiments may utilize a convolution function or a transfer function to assist in measuring the relationship between the CPR signal and the ECG signal. This makes it possible to correlate multiple samples of one time series with multiple samples of another time series. For example, more than one sample segment in the artifact component of the ECG signal can be associated with a similar large segment in the CPR reference signal. Once established, artifacts may be removed from the ECG signal by utilizing the relationship between the CPR reference signal and the ECG signal. In various embodiments, both the instantaneous segregation algorithm and the deconvolution algorithm are utilized to remove CPR artifacts from the ECG signal.
本発明を理解するため、ECGとCPRのシグナリングにおける種々の信号と全てにかかわる原理の幾つかの考察を討議しなければならない。これらの原理とこれらの原理がどのように関連するかを理解すると、本発明の種々の実施形態が更に明確に理解され得る。 In order to understand the present invention, some considerations of the various signals and the principles involved in all of the ECG and CPR signaling must be discussed. By understanding these principles and how these principles relate, various embodiments of the invention can be more clearly understood.
たとえばECG信号、ECG信号に作用を及ぼすアーチファクト成分信号、および基準信号などの信号は、確率論的またはランダム信号であると考えられる。そのような信号は、任意に再生されることができない。確率論的信号を表わす主要な統計学的パラメータは
、その平均値、分散、および自己共分散である。
Signals such as ECG signals, artifact component signals that affect ECG signals, and reference signals, for example, are considered probabilistic or random signals. Such a signal cannot be arbitrarily reproduced. The main statistical parameters representing a stochastic signal are its mean, variance, and autocovariance.
実際の信号処理または時系列の推定は、信号がエルゴード性を示す場合にのみ可能である。確率論的信号は、その統計学的特性全てが、それぞれ実現された十分に大きな有限長から推定され得る場合、エルゴード信号であると定義される。エルゴード信号に関して、実現の長さが無限まで進むと、時間平均は、極限において期待値演算子によって得られたアンサンブル平均に等しい。 Actual signal processing or time series estimation is possible only when the signal exhibits ergodic properties. A stochastic signal is defined as an ergodic signal if all of its statistical properties can be estimated from sufficiently large finite lengths, respectively, realized. For an ergodic signal, as the implementation length goes to infinity, the time average is equal to the ensemble average obtained by the expectation operator in the limit.
実エルゴード信号に対して推定公式を以下に示す。 The estimation formula for the actual ergodic signal is shown below.
E{ecg[n]ecg[n+l]}=E{(s[n]+r[n])(s[n+l]+r[n+l])}
=E{s[n]s[n+l]}+E{s[n]r[n+l]}+E{r[n]s[n+l]}+E{r[n]r[n+l]} (7) 。
{ecg[n]}と{r[n]}は、相関しないので、式(7)は、以下のように縮小する。
E {ecg [n] ecg [n + l]} = E {(s [n] + r [n]) (s [n + l] + r [n + l])}
= E {s [n] s [n + l]} + E {s [n] r [n + l]} + E {r [n] s [n + l]} + E {r [n] r [n + l]} (7).
Since {ecg [n]} and {r [n]} are not correlated, Equation (7) is reduced as follows.
E{ecg[n]ecg[n+l]}=E{s[n]s[n+l]}+σ2 r
(8) 。
従って、自己相関は、信号内容を保存するが、多くの実践場面においてランダム非相関ノイズをdc成分に限定する。従って、自己相関と相互相関は、ランダム信号特性と、別の信号とのその相互作用を分析すべく、ランダム信号推定課題において用いられる。これは、ランダム信号特性を分析と推定すべく生信号を用いるよりも優れている。
E {ecg [n] ecg [n + l]} = E {s [n] s [n + l]} + σ 2 r
(8)
Thus, autocorrelation preserves the signal content, but limits random uncorrelated noise to the dc component in many practical situations. Thus, autocorrelation and cross-correlation are used in a random signal estimation task to analyze random signal characteristics and their interaction with another signal. This is superior to using raw signals to estimate random signal characteristics as analysis.
これを承知すれば、本明細書において記載される本発明を明確に理解することが可能である。心肺蘇生(CPR)中の観測ECG信号を{y(n)}と仮定しよう。前記{y(n)}は、前述のECG信号成分{ecg(n)}と、非相関広域帯ノイズ{N1(n)}とに加えてアーチファクト成分{a1(n)}の組合せから構成される。CPR活動を示すCPR基準信号を{x(n)}とする。数学的に、この関係は、以下のように表わされることが可能である。 With this knowledge, the invention described herein can be clearly understood. Assume that the observed ECG signal during cardiopulmonary resuscitation (CPR) is {y (n)}. The {y (n)} is obtained from a combination of the above-described ECG signal component {ecg (n)} and non-correlated wideband noise {N 1 (n)}, and an artifact component {a 1 (n)}. Composed. Let CPR reference signal indicating CPR activity be {x (n)}. Mathematically, this relationship can be expressed as:
{y(n)}={ecg(n)}+{a1(n)}+{N1(n)} 。
{x(n)}={b(n)}+{a2(n)}+{N2(n)} (9) 。
上記のように、種々の実施形態において、{y(n)}は、自動体外式除細動器電極から記録される場合に観測されたECG信号を指し、{ecg(n)}は、真のECG成分を示し、{a1(n)}は、CPRが実行される場合に観測されるECGに認められるアーチファクト成分を示す。{N1(n)}と{N2(n)}は、任意の電子センサシステムにおいて常に存在する非相関広域帯ノイズを示す。CPRが実行されない場合、アーチファクト成分{a1(n)}は、ゼロのはずである。他の実施形態において、{x(n)}は、CPR活動を示すCPR基準信号を示す。前記{x(n)}は、全状況においてゼロに非常に近接すべき基線活動成分{b(n)}、CPRセンサによって記録された実アーチファクト信号{a2(n)}、および非相関広域帯ノイズ{N2(n)}から構成される。種々の実施形態において{x(n)}は、CPR活動が生じない場合、ゼロである。従って、種々の実施形態において、アーチファクト{a1(n)}は、{x(n)}を用いることによって{y(n)}において推定され、除去されるので、クリーンなECG信号{ecg(n)}が生じる。
{Y (n)} = {ecg (n)} + {a 1 (n)} + {N 1 (n)}.
{X (n)} = {b (n)} + {a 2 (n)} + {N 2 (n)} (9)
As noted above, in various embodiments, {y (n)} refers to the ECG signal observed when recorded from an automated external defibrillator electrode, and {ecg (n)} is true {A 1 (n)} denotes an artifact component observed in the ECG observed when CPR is performed. {N 1 (n)} and {N 2 (n)} denote uncorrelated wideband noise that is always present in any electronic sensor system. If CPR is not performed, the artifact component {a 1 (n)} should be zero. In another embodiment, {x (n)} indicates a CPR reference signal indicating CPR activity. The {x (n)} is the baseline activity component {b (n)} that should be very close to zero in all situations, the real artifact signal {a 2 (n)} recorded by the CPR sensor, and the uncorrelated wide area It is composed of band noise {N 2 (n)}. In various embodiments, {x (n)} is zero if no CPR activity occurs. Thus, in various embodiments, the artifact {a 1 (n)} is estimated and removed in {y (n)} by using {x (n)} so that a clean ECG signal {ecg ( n)} occurs.
種々の実施形態における更なる制約は、時間領域における演算全体の実装を制限することである。データを多数の小さな窓にウインドウイングすることによって、リアルタイムアルゴリズムを実装する機会が提供されるので、AEDがライブ救助作業においてこの分析を実行できるようにする。 An additional constraint in various embodiments is to limit the implementation of the entire operation in the time domain. Windowing the data into a number of small windows provides the opportunity for the AED to perform this analysis in a live rescue operation as it provides an opportunity to implement a real-time algorithm.
E|x(n)xT(n)|=Rxx(0)=xの自己相関と
E|x(n)yT(n)|=Rxy(0)=yとx間の相互相関 (10) 。
更に上記の2つの関係を展開すると、以下の関係になる。
E | x (n) x T (n) | = R xx (0) = x autocorrelation and E | x (n) y T (n) | = R xy (0) = cross-correlation between y and x (10)
If the above two relationships are further expanded, the following relationship is obtained.
種々の実施形態において、CPR基準信号{x[n]}と観測ECG信号{y[n]}のインパルス応答試料{h[n]}を計算する再帰的関係は、ACS{rxx[l]}とCCS{ryx[l]}の間のインパルス応答試料{h[n]}の結果と同じものとして与えられる。ACSとCCSを利用することによって、CPR基準信号{x[n]}と観測ECG信号{y[n]}の利用時と同じ情報が提供されるが、観測ECG信号{y[n]}に及ぼす非相関ノイズの影響を減らす追加利点も有する。 In various embodiments, the recursive relationship for calculating the impulse response sample {h [n]} of the CPR reference signal {x [n]} and the observed ECG signal {y [n]} is ACS {r xx [l]. } And CCS {r yx [l]} are given as the same results as the impulse response sample {h [n]}. By using ACS and CCS, the same information as when using the CPR reference signal {x [n]} and the observed ECG signal {y [n]} is provided, but the observed ECG signal {y [n]} It also has the added benefit of reducing the effects of uncorrelated noise.
以下の再帰的計算は、ACS{rxx[l]}とCCS{ryx[l]}の値からインパルス応答試料{h[n]}を計算するのに役立つ。 The following recursive calculation helps to calculate the impulse response sample {h [n]} from the values of ACS {r xx [l]} and CCS {r yx [l]}.
種々の実施形態において、CPRによる推定アーチファクトの除去後、重複ウインドウイングを用いることによって、連続出力信号{ecg[n]}をもたらす。正確な重複セグメントが、同定され得ると共に、インパルス応答{hi[n]},{hi+1[n]}などのための寄与が、評価される。適切な重付けは、中間出力、つまり再構成アーチファクト成分{a1[n]}における急上昇が存在しないことを保証する。 In various embodiments, after removal of the estimated artifacts due to CPR, using overlapping windowing results in a continuous output signal {ecg [n]}. Exact overlapping segments can be identified, and contributions for impulse responses {h i [n]}, {h i + 1 [n]}, etc. are evaluated. Proper weighting ensures that there is no spike in the intermediate output, ie the reconstruction artifact component {a 1 [n]}.
図2を参照すると、区分ステッチング適合アルゴリズムを利用するシステム200の実施形態が示される。種々の実施形態において、システムは、ECG信号204を受信するECGモニタ202を利用し得る。ECGモニタ202は、身体上に設置されたセンサ由来のECG信号204を監視または記録し得る。ECGモニタ202は、更に処理すべく、ECG信号204を分析し得ると共に調整し得る。更にECGモニタ202は、たとえばCPR圧迫など、行われている付加的処置のために存在する異常またはアーチファクトを同定し得る。種々の実施形態は、CPR信号208を分析するCPRモニタ206を有することになる。CPR信号208は、実行されているCPR活動の独立した指標を提供し得る。更にCPRモニタ206は、更に処理すべくCPR信号204を調整し得る。次にシステム200は、区分ステッチング適合アルゴリズムが必要とされるかどうかを判定すべく決定論理210を利用し得る。CPR信号208が存在すると論理210が判定すると、区分ステッチング適合アルゴリズム212を初期化し、呼び出すことになる。次に区分ステッチング適合アルゴリズム212は、ECG信号204とCPR信号208を取
得し、ECG信号204からCPR信号208を除去することによって、CPRアーチファクトのないECG信号214を提供することになる。次にECG信号214は、たとえば不整脈検出アルゴリズム216など、システム200の他のアルゴリズムに転送され得る。特定の実施形態において、CPR信号208が存在しない場合、論理210は、区分ステッチング適合アルゴリズム212を初期化することはなく、システム200は、たとえば不整脈検出アルゴリズム216などの他のアルゴリズムにECG信号204を直接転送することになる。
Referring to FIG. 2, an embodiment of a
他の実施形態は、様々な1次信号と2次信号を検知し得る。前記2次信号は、1次信号に付加的データまたは信号入力を提供すると共に、区分ステッチング適合アルゴリズムを利用することによって、選択的に除去またはフィルタリングされる。たとえば負荷ECG検査機における動きアーチファクト、ECGと負荷ECG検査機における呼吸アーチファクト、負荷ECG検査機における検査機アーチファクト、EEGにおける心電図信号、EEG信号由来のECG信号/パルス、および他の血液動態信号由来のCPRアーチファクト。このように、種々の実施形態は、たとえばCPR圧迫などの種々の物理的インパルスを表わす第2信号を利用することによって、たとえばECG,EEGなどの物理的インパルスを表わす種々の信号におけるアーチファクトを除去し得る。 Other embodiments may detect a variety of primary and secondary signals. The secondary signal is selectively removed or filtered by providing additional data or signal input to the primary signal and utilizing a piecewise stitching adaptation algorithm. For example, motion artifacts in loaded ECG test machines, respiratory artifacts in ECG and loaded ECG test machines, tester artifacts in loaded ECG test machines, ECG signals in EEG, ECG signals / pulses from EEG signals, and other hemodynamic signals CPR artifact. Thus, various embodiments eliminate artifacts in various signals representing physical impulses such as ECG, EEG, etc. by utilizing a second signal representing various physical impulses such as CPR compression. obtain.
図3を参照すると、コンボリューションアルゴリズムを利用する区分ステッチング適合アルゴリズムの実施形態が示される。種々の実施形態において、重複コンボリューション出力セグメントは、まず観測ECG信号{y[n]}とCPR基準信号{x[n]}の第1WL試料をウインドウイングすることによって実装される。WLは、窓長を示す。次に方形窓は、CPR基準信号セグメント{x1(n)}と測定ECG信号セグメント{y1(n)}を生成すべく両入力信号に適用される。この段階は、以下の方程式で視覚化される。 Referring to FIG. 3, an embodiment of a piecewise stitching adaptation algorithm that utilizes a convolution algorithm is shown. In various embodiments, the overlapping convolution output segments is implemented by first windowing the first 1W L samples of observed ECG signal {y [n]} and CPR reference signal {x [n]}. W L indicates the window length. A square window is then applied to both input signals to generate a CPR reference signal segment {x 1 (n)} and a measured ECG signal segment {y 1 (n)}. This stage is visualized with the following equation:
y1(n)=y(n)w(n) (0<n<WL) or 0 (その他) 。
x1(n)= x(n)w(n) (0<n<WL) or 0 (その他) 。
(18)
y 1 (n) = y (n) w (n) (0 < n <W L ) or 0 (others).
x 1 (n) = x (n) w (n) (0 < n <W L ) or 0 (others).
(18)
次にRxy(k)とRxx(k)値が、Nlag点までのラグに対して計算される。Nlagは、観測ECG信号セグメント{y1(n)}とCPR基準信号セグメント{x1(n)}の間の時間差の測定指標である。リード/ラグと窓推定が、たとえば図3において示される。 Next, R xy (k) and R xx (k) values are calculated for lags up to N lag points. N lag is a measure of the time difference between the observed ECG signal segment {y 1 (n)} and the CPR reference signal segment {x 1 (n)}. Lead / lag and window estimation is shown, for example, in FIG.
次に、CCS関数とACS関数は、{y1(n)}と{x1(n)}の平均値を差引いた後、方程式(12)で上述したように決定される。CCS関数とACS関数の決定後、{h(n)}は、方程式(17)を用いることによって2つの関数の間の関係から決定され、{h(n)}の大きさは、Nlagに等しく設定される。次に、平均値は、以下の方程式を用いることによって、CPR信号から除去される。 Next, the CCS function and the ACS function are determined as described above in equation (12) after subtracting the average value of {y 1 (n)} and {x 1 (n)}. After determining the CCS and ACS functions, {h (n)} is determined from the relationship between the two functions by using equation (17), and the magnitude of {h (n)} is N lag Set equal. The average value is then removed from the CPR signal by using the following equation:
m0=平均{x1[n]} 。
{x1[n]}={x1[n]}−平均{x1[n]}={x1[n]}−mo(19) 。
次に、下記のコンボリューション式を用いて{x1’(n)}を構築すべく、{h(n)}が用いられる。{x1’(n)}は、推定アーチファクトである。
m 0 = average {x 1 [n]}.
{X 1 [n]} = {x 1 [n]} - Mean {x 1 [n]} = {x 1 [n]} - m o (19).
Next, {h (n)} is used to construct {x 1 ′ (n)} using the following convolution equation. {X 1 ′ (n)} is an estimated artifact.
次に、コンボリューション{x1’(n)}の出力は、第1WLポイントに短縮される。理想的には、短縮は、開始と末端のNlagポイントを避けるべきである。しかし、種々の実施形態は、Nlag−1ポイントを避けるだけである。更に他の実施形態は、アーチファクトを推定する次の計算でより低い重みを与えることによって、初期Nlagポイントの影響を減らす。次に、コンボリューション演算のdc応答は、方程式(21)で示されるように積分される。 The output of convolution {x 1 '(n)} is reduced to a 1W L points. Ideally, the shortening should avoid starting and ending N lag points. However, various embodiments only avoid N lag -1 points. Still other embodiments reduce the impact of the initial N lag points by giving lower weights in subsequent computations that estimate artifacts. Next, the dc response of the convolution operation is integrated as shown in equation (21).
次に、(22)で提供された方程式を利用することによって、データに関するアーチファクトセグメント{a1(n)}を推定する。 Next, the artifact segment {a 1 (n)} for the data is estimated by utilizing the equation provided in (22).
次に、N急上昇と(N急上昇+WL)の試料の間でN急上昇ポイントを急上昇させることによって新しい窓表示セグメント{y2(n)}と{x2(n)}に移動する。次に新しい窓パラメータを利用して先立つ段階を繰返す。 Next, move to a new window display segment {y 2 (n)} and {x 2 (n)} by rapidly increasing the N spike point between the N spike and the (N spike + W L ) samples. The previous step is then repeated using the new window parameters.
種々の実施形態において、異なる重付法は、データの第2、第3、およびその後に続く非重複セグメントの推定において利用され得る。これらの重付法には、均等重付けと中央セグメント重付けが含まれる。 In various embodiments, different weighting methods may be utilized in estimating the second, third, and subsequent non-overlapping segments of data. These weighting methods include equal weighting and center segment weighting.
均等重付法において、2つの隣接する窓の間の重複セグメントは、2度計算されることになるので、均等重付けは、2つの窓が重なり合うだけなら、2つの隣接する窓の計算に与えられることになる。同様なのは、3つが隣接する計算の場合であり、特定の小セグメントは、それらに共通している。たとえば16ポイントのNlag/N急上昇を設定し、(すなわち)128ポイントのWLを有する場合、特定のセグメントは、8つの隣接する窓に存在することが可能である。 In the equal weighting method, the overlapping segment between two adjacent windows will be calculated twice, so even weighting is given to the calculation of two adjacent windows if the two windows only overlap. Will be. Similar is the case for three adjacent calculations, and certain sub-segments are common to them. For example to set the N lag / N jump of 16 points, if having a W L (ie) 128 points, the particular segment can be present in the eight neighboring windows.
N急上昇またはNlagポイントの第1セグメント: First segment of N spikes or N lag points:
隣接する窓に共通なセグメントの計算における中央の重い重付けは、区分ステッチング適合アルゴリズムの種々の実施形態において重付法として利用される。中央の重い重付法は、一連の窓、WLのコンボリューションにおいて末端によって提供される不確かさを中央セグメントの重付けによって除去する。たとえば6つの窓だけが利用され、特定のセグメントが中央に存在する場合、2つの末端上の窓を避けて、中央の4つの窓に重みを適用することが、中央重付けである。中央重付けアルゴリズムは、以下のように表わされる: Central heavy weighting in the calculation of segments common to adjacent windows is utilized as the weighting method in various embodiments of the piecewise stitching adaptation algorithm. Central heavy weighting method removes a set of windows, the uncertainty provided by the terminal in the convolution of W L by weighting the center segments. For example, if only six windows are utilized and a particular segment is in the middle, center weighting is to apply weights to the four central windows, avoiding the windows on the two ends. The center weighting algorithm is represented as follows:
図4を参照すると、一実施形態に従ってコンボリューションアルゴリズムを用いる区分ステッチング適合アルゴリズムを実装するシステムが提示される。最初のセレクト試料窓は、1次と2次の観測信号400から選択される。次に、1次信号セグメントと2次信号セグメントが、生成される(ステップS402)。次に自己相関と相互相関は、1次信号セグメントと2次信号セグメントから計算される(ステップS404)。次に、インパルス応答が、自己相関と相互相関から測定される(ステップS406)。次に、1次信号に存在する推定アーチファクトは、インパルス応答から推定される(ステップS408)。次に推定アーチファクトは、選択された1次信号数列と2次信号数列の長さに一致するように短縮される(ステップS410)。次に、推定アーチファクトのDC応答は、コンボリューションを利用して積分される(ステップS412)。推定されたクリーン1次信号は、選択された1次信号414から推定アーチファクトを除去することによって生成される。この時点でサイクルは、次に選択される1次信号と2次信号の試料窓のために繰返し得る。このようにして、実施形態は、区分ステッチング適合アルゴリズムとコンボリューションアルゴリズムを利用することによって、高精度で1次信号全体をフィルタリングし得る。
With reference to FIG. 4, a system for implementing a piecewise stitching adaptation algorithm using a convolution algorithm according to one embodiment is presented. The first select sample window is selected from the primary and secondary observation signals 400. Next, a primary signal segment and a secondary signal segment are generated (step S402). Next, autocorrelation and cross-correlation are calculated from the primary signal segment and the secondary signal segment (step S404). Next, an impulse response is measured from the autocorrelation and the cross correlation (step S406). Next, the estimated artifact existing in the primary signal is estimated from the impulse response (step S408). The estimated artifact is then shortened to match the lengths of the selected primary signal sequence and secondary signal sequence (step S410). Next, the DC response of the estimated artifact is integrated using convolution (step S412). The estimated clean primary signal is generated by removing estimated artifacts from the selected
図5を次に参照すると、重複回帰セグメントを利用する区分ステッチング適合アルゴリズムの実施形態が示される。この実施形態は、出力セグメントが、{x(n)}と{y(n)}の間の単回帰関係から計算されることを除いて、窓に基づく重複コンボリューション出力セグメントに類似している。この場合、関係が他の成分によって曖昧にされるとしても、アーチファクトと基準信号が、逐一相関を有することが前提である。つまり、関係は、区分的線形であると仮定される。 Referring now to FIG. 5, an embodiment of a piecewise stitching adaptation algorithm that utilizes overlapping regression segments is shown. This embodiment is similar to a window-based overlapping convolution output segment, except that the output segment is calculated from a simple regression relationship between {x (n)} and {y (n)}. . In this case, it is assumed that the artifact and the reference signal have a correlation one by one, even if the relationship is obscured by other components. That is, the relationship is assumed to be piecewise linear.
この実施形態において、αとβの推定は、WL試料の窓(〜2秒)ごとに行われ、窓は、所定のWL/2試料の重複である。非定常性は、この重複によってある程度まで説明される。各々の窓において、α^とβ^は、方程式(30)によって計算される。以後、「α^」は、αの上に記号「^」が乗っているものを示す。 In this embodiment, α and β are estimated every W L sample window (˜2 seconds), where the window is the overlap of a given W L / 2 sample. Nonstationarity is explained to some extent by this overlap. In each window, α ^ and β ^ are calculated by equation (30). Hereinafter, “α ^” indicates a symbol “^” on α.
a1’(n)=α^x(n)+β^ (31)
。
a 1 ′ (n) = α ^ x (n) + β ^ (31)
.
クリーン信号推定=y(n)−a1’(n) (32) 。
この場合、線形回帰式は、{y(n)}と{x(n)}の間で適合したので、アーチファクト成分の推定が行われ、推定アーチファクト成分が観測ECG信号{y(n)}から除去される。
Clean signal estimation = y (n) −a 1 ′ (n) (32)
In this case, since the linear regression equation fits between {y (n)} and {x (n)}, the artifact component is estimated, and the estimated artifact component is obtained from the observed ECG signal {y (n)}. Removed.
方程式(30)におけるα^とβ^の推定は、観測された破損ECG信号{y(n)}におけるアーチファクト成分の再構築に役立ち得る。更に付加的ウインドウイングと重複方法は、重複コンボリューション法のシミュレーションに利用され得ると共に、非定常性問題を除去することが可能である。更により小さなセグメントを用いることによって、非定常性の関係が取込めるようになる。 The estimation of α ^ and β ^ in equation (30) can help to reconstruct the artifact components in the observed corrupted ECG signal {y (n)}. In addition, additional windowing and overlapping methods can be used to simulate overlapping convolution methods and can eliminate non-stationarity problems. By using even smaller segments, non-stationary relationships can be captured.
図6を参照すると、線形回帰セグメントを利用する区分ステッチング適合アルゴリズムの実施形態が示される。まず、選択試料窓が、1次と2次の観測信号から選択される(ステップS600)。次に、1次信号数列と2次信号数列が生成される(ステップS602)。次に線形回帰が、1次信号と2次信号の間で測定される(ステップS604)。次に、推定アーチファクトは、線形回帰に基づき生成される(ステップS606)。次に推定アーチファクトは、選択された1次信号数列と2次信号数列の長さに一致するように短縮される(ステップS608)。推定クリーン1次信号は、選択1次信号から推定アーチファクトを除去することによって生成される(ステップS610)。この時点でサイクルは、次に選択される1次信号と2次信号の試料窓に対して繰返し得る。このようにして、種々の実施形態は、区分ステッチング適合アルゴリズムと線形回帰アルゴリズムを利用することによって、高精度で1次信号全体をフィルタリングし得る。 Referring to FIG. 6, an embodiment of a piecewise stitching adaptation algorithm that utilizes linear regression segments is shown. First, a selected sample window is selected from primary and secondary observation signals (step S600). Next, a primary signal number sequence and a secondary signal number sequence are generated (step S602). Next, linear regression is measured between the primary signal and the secondary signal (step S604). Next, an estimated artifact is generated based on linear regression (step S606). Next, the estimated artifact is shortened to match the lengths of the selected primary signal sequence and secondary signal sequence (step S608). The estimated clean primary signal is generated by removing estimated artifacts from the selected primary signal (step S610). At this point, the cycle may be repeated for the next selected primary and secondary signal sample windows. In this way, various embodiments may filter the entire primary signal with high accuracy by utilizing a piecewise stitching adaptation algorithm and a linear regression algorithm.
図7において示されるように、時変適応性ウインドウイング法はまた、区分ステッチング適合アルゴリズム法の区分的回帰を実装することで可能になる。この設定において、重複セグメントの大きさ、{x(n)}と{y(n)}における窓開始ポイントは全て、窓の大きさと共に変化することが可能である。この方法によって、セグメント別の相関がもたらされ、セグメントは、同じではなく、ポイント当たりの計算数が異なるため、バイアスを有する。しかし、許容アーチファクト波形は、構築されることができないので、アーチファクト除去ECG信号を導き出すべく、{y(n)}から差引かれることが可能である。 As shown in FIG. 7, the time-varying adaptive windowing method is also enabled by implementing piecewise regression of the piecewise stitching adaptation algorithm method. In this setting, the overlap segment size, the window start point at {x (n)} and {y (n)}, can all vary with the size of the window. This method provides segmental correlation, where segments are biased because they are not the same and the number of calculations per point is different. However, since an acceptable artifact waveform cannot be constructed, it can be subtracted from {y (n)} to derive an artifact removal ECG signal.
種々の実施形態において、検知ECG信号とCPR基準信号の両信号における全ての信号試料は、計算とパラメータ記憶動作を開始する。たとえば平均値の計算、自己相関数列の計算、相互相関数列の計算、およびデコンボリューションとコンボリューションの演算が、連続して起こる。しかし、特定の実施形態、たとえば推定などの追加計算において、アーチファクトセグメントは、特定の指数で実行されるだけである。このようにして、区分ステッチング適合アルゴリズムは、信号フィルタリングと分析において必要とされる計算量を減らすことができる。 In various embodiments, all signal samples in both the sensed ECG signal and the CPR reference signal initiate calculation and parameter storage operations. For example, the calculation of the average value, the calculation of the autocorrelation sequence, the calculation of the cross-correlation sequence, and the operations of deconvolution and convolution occur continuously. However, in certain embodiments, such as additional calculations such as estimation, the artifact segment is only performed with a specific index. In this way, the piecewise stitching adaptation algorithm can reduce the amount of computation required in signal filtering and analysis.
図8A〜図8Dを参照すると、区分ステッチング適合アルゴリズムを利用するシステムの種々の実施形態が示される。図8Aにおいて示される実施形態は、ECG信号800とCPR基準信号802を区分ステッチング適合アルゴリズム804に入力する。次に区分ステッチング適合アルゴリズム804は、ECG信号800からCPRアーチファクトを除去すると共に、推定された実ECG信号806を更なる使用に提供することになる。
With reference to FIGS. 8A-8D, various embodiments of systems utilizing a piecewise stitching adaptation algorithm are shown. The embodiment shown in FIG. 8A inputs an
図8Bを参照すると、基準信号が存在しない区分ステッチング適合アルゴリズムを利用
するシステムの実施形態が示される。多くの場合、CPR中に記録された低周波数領域のECG信号800は、CPRアーチファクトによって支配されている。従って、基準信号が存在しない場合、低域通過フィルタ808を利用するECG信号800のフィルタリングは、基準信号の特徴を有効にする。正確なCPR関連信号ほど正確ではないが、この低域通過フィルタ808で処理された出力信号810は、区分ステッチング適合アルゴリズム804において{x(n)}として用いられることが可能である。種々の実施形態において、処理の遅延は、有限インパルス応答(FIR)フィルタを用いることによって、最小化されるか、線形にされる。リードまたはラグ計算は、相関分析を利用し、引き続き適用され得る。種々の実施形態において、低域通過フィルタ808は、たとえば(0〜6)Hzのセレクト信号範囲をフィルタリングする。
Referring to FIG. 8B, an embodiment of a system that utilizes a piecewise stitching adaptation algorithm in the absence of a reference signal is shown. In many cases, the low frequency
図8Cを参照すると、種々の実施形態は、CPR基準信号802を用いることによって、幾つかの入力信号から幾つかの入力信号アーチファクト由来のCPRアーチファクトをクリーンにすべく、区分ステッチング適合アルゴリズム804を利用し得る。入力信号には、ECG信号800、pO2信号812、心房血圧(ABP)信号814、中心静脈圧(CVP)信号816、および心音信号818が含まれ得る。このようにして、区分ステッチング適合アルゴリズム804は、多数の信号からCPRアーチファクトを同時にフィルタリングし得ると共に、非破損信号を更なる分析に提供し得る。
Referring to FIG. 8C, various embodiments employ a piecewise
図8Dを参照すると、CPR基準信号802の不在下で関連成分を有する多数の信号について区分ステッチング適合アルゴリズムを利用する実施形態が示される。CPR基準信号802が利用できない場合、CPRの結果として動きアーチファクトで破損された2つ以上の信号は、区分ステッチング適合アルゴリズム804に送り込まれる。たとえばECG信号800と血液動態信号820は、区分ステッチング適合アルゴリズム804に入力され得る。これらの実施形態において、区分ステッチング適合アルゴリズム804は、それらの信号を相関させると共にCPRアーチファクト成分を推定することが可能である。次に区分ステッチング適合アルゴリズム804は、元のソース信号からCPRアーチファクト成分を除去し、更にCPRアーチファクト824の推定値を示す信号と共にクリーン型の入力信号822を出力することになる。
Referring to FIG. 8D, an embodiment is shown that utilizes a piecewise stitching adaptation algorithm for multiple signals having associated components in the absence of the
図9に示されるように、種々の実施形態において区分ステッチング適合アルゴリズムは、検知信号の状態に基づき第1応答者命令を有効にすべくAEDシステムにおいても利用され得る。たとえば区分ステッチング適合アルゴリズム900は、無脈性調律904、ショック性調律906、および非ショック性調律908の間を判定すべく、調律分析アルゴリズム902と併せて利用され得る。
As shown in FIG. 9, in various embodiments, the segmented stitching adaptation algorithm may also be utilized in an AED system to enable a first responder command based on the state of the sense signal. For example, the segmented
種々の実施形態において、連続CPRを要求する無脈性調律904は、区分ステッチング適合アルゴリズム900を利用するAEDにおいて判定されることが可能である。これらの状況において、区分ステッチング適合アルゴリズム900は、ECG信号910とCPR基準信号912を連続的に監視し、AEDに同様に実装される調律分析アルゴリズム902にクリーンなECG出力信号914を送る。次に調律分析アルゴリズム902は、無脈性電気的活動または心停止のために連続CPRが必須であると判定し得ると共に、AEDに連続CPR命令916を第1応答者に送達させ得る。
In various embodiments, a
存在するCPRを必要とするショック性調律906が存在する場合のCPRの停止とショックの適用は、区分ステッチング適合アルゴリズム900を利用するAEDにおいてほぼリアルタイムで行われる。これらの状況において、区分ステッチング適合アルゴリズム900は、ECG信号910とCPR基準信号912を連続的に監視し、クリーンなECG出力信号914を調律分析アルゴリズム902に送る。次に調律分析アルゴリズム902は、電気ショックが必要とされることを判定し得ると共に、プロトコルによってCPR
の停止と患者へのショック命令918を送達するようにAEDに命令し得る。このようにして、区分ステッチング適合アルゴリズム900は、プロトコルに従って治療を提供するために、CPRを中断させ得る。種々の実施形態は、電気ショックと圧迫のサイクルを自動的に同期化するために、自動CPR圧迫を送達する機械的圧迫装置に制御信号が向けられるようにする。非ショック性調律が存在する場合、AEDは、CPR継続命令と他の命令920を送達し得る。
Stopping CPR and applying shocks in the presence of a shocking rhythm that requires an existing CPR is done in near real time in an AED that uses a piecewise
The AED may be instructed to deliver a stop command and a
特定の実施形態において、AEDは、どの信号処理が、区分ステッチング適合アルゴリズム900によって要求されるかを判定すべく区分ステッチング適合アルゴリズム900を利用する。これらの実施形態において、区分ステッチング適合アルゴリズム900は、推定アーチファクト信号916が低信号振幅を示す状況またはアーチファクトがECG信号910に対して微々たる影響しか有さない状況において、検知ECG信号を出力する。従って、これらの状況において、検知ECG信号910は、区分ステッチング適合アルゴリズム900信号処理を無視することによって、利用され得ると共に調律分析アルゴリズム902に直接送られ得るので待ち時間と所要処理電力を更に減らす。
In certain embodiments, the AED utilizes a piecewise
区分ステッチング適合アルゴリズムの実装とCPR基準記号の利用によって、種々の実施形態は、信号対ノイズ比が非常に大きな変動を示す場合、検知信号からノイズを除去することが可能である。たとえば区分ステッチング適合アルゴリズムは、信号対ノイズ比が1〜20の重度アーチファクト状態に対してでさえ、アーチファクトを効率的に描出することが可能であり、心停止の場合ではこの比は、およそ1:1000よりもずっと大きくなり得るので、主としてECGチャネルの固有ノイズ特性によって制限される。 By implementing a piecewise stitching adaptation algorithm and utilizing CPR reference symbols, various embodiments can remove noise from the sense signal if the signal-to-noise ratio exhibits very large variations. For example, a piecewise stitching adaptation algorithm can efficiently depict artifacts even for severe artifact conditions with a signal-to-noise ratio of 1-20, and in the case of cardiac arrest this ratio is approximately 1 : Can be much larger than 1000, so is limited primarily by the inherent noise characteristics of the ECG channel.
図10Aにおいて示されるような検知信号と図10Bにおいて示されるようなCPR基準信号を、種々の実施形態において区分ステッチング適合アルゴリズムは分析することができ、CPRアーチファクトを分離できるので、それによって図10Cにおいて示されるような回復ECG信号が生じる。上記のように、他の様々な実施形態において区分ステッチング適合アルゴリズムは、同じ効果に対して別の様々な1次信号と2次信号について同じ分析を実行し得る。従って、たとえば負荷ECG検査機とEEG検査機を妨害する種々の信号は、区分ステッチング適合アルゴリズムを利用することによって除去され得る。 The sensing signal as shown in FIG. 10A and the CPR reference signal as shown in FIG. 10B can be analyzed by the piecewise stitching adaptation algorithm in various embodiments, and CPR artifacts can be separated, thereby resulting in FIG. A recovered ECG signal as shown in FIG. As described above, in various other embodiments, the piecewise stitching adaptation algorithm may perform the same analysis on different various primary and secondary signals for the same effect. Thus, for example, various signals that interfere with the load ECG tester and the EEG tester can be eliminated by utilizing a piecewise stitching adaptation algorithm.
図11を参照すると、本発明の一実施形態に従う区分ステッチング適合アルゴリズムを実装するAED1000のブロック図が示される。デジタル式マイクロプロセッサ支援制御システム1002は、AED1000の動作全体を制御すべく用いられる。電気制御システム1000は、更に第1電極1004と第2電極1006の相互接続と操作性を検査するインピーダンス測定回路を有する。制御システム1002は、プログラムメモリ1010、データメモリ1012、事象メモリ1014、およびリアルタイムクロック1016にインターフェースで連結されたプロセッサ1008を有する。プロセッサ1008によって実行される運転プログラムは、プログラムメモリ1010に記憶される。電気出力は、バッテリ1018によって提供され、発電回路1020に接続される。
Referring to FIG. 11, a block diagram of an
発電回路1020はまた、出力調整装置1022、リッドスイッチ1024、監視役タイマ1026、リアルタイムクロック1016、およびプロセッサ1008にも接続される。データ通信ポート1028は、データ転送すべくプロセッサ1008に連結される。特定の実施形態において、データ転送は、シリアルポート、USBポート、ファイヤワイヤ、たとえば802.11xか3G、ラジオなどの無線を利用することによって実行され得る。救助スイッチ1030、保全指標1032、診断表示パネル1034、音声回路1036、および警報器1038は、同様にプロセッサ1008に接続される。音声回路1036は、スピーカ1040に接続される。種々の実施形態において、救助光源スイッチ1042と視覚ディスプレイ1044は、付加的運転情報を提供すべくプロセッサ100
8に接続される。
The
8 is connected.
特定の実施形態において、AEDは、プロセッサ1008と区分ステッチング適合アルゴリズムコプロセッサ(co−processor)1046を有し得る。区分ステッチング適合アルゴリズムコプロセッサ1046は、ハードウエアにおいて実装される区分ステッチング適合アルゴリズムであり得ると共に、高速データバスを介してプロセッサに動作可能に接続され得る。種々の実施形態において、プロセッサ1018と区分ステッチング適合アルゴリズムコプロセッサ1046は、同じシリコン上にあり、マルチコアプロセッサにおいて実装され得る。またプロセッサ1008と区分ステッチング適合アルゴリズムコプロセッサは、マルチプロセッサの一部として、それともネットワークプロセッサ配置として実装され得る。これらの実施形態において、プロセッサ1018は、区分ステッチング適合アルゴリズム計算の一部を区分ステッチング適合アルゴリズムコプロセッサにオフロードするので、第1電極1004と第2電極1006由来の検知信号の処理を最適化する。他の実施形態において、プロセッサ1008は、区分ステッチング適合アルゴリズム計算を実行するため、特殊な命令または最適化で最適化される。従って、プロセッサ1010は、より少数のハードウエアリソースを駆使しながら、より少数のクロックサイクルで区分ステッチング適合アルゴリズム計算を実行し得る。他の実施形態において、制御システム1002の論理とアルゴリズムは、ASIC型のハードウエアかFPGA型の組合せ、その他の何れかの論理で実装され得る。
In certain embodiments, the AED may include a
高電圧発生回路1048はまた、プロセッサ1008に接続され、前記プロセッサによって制御される。高電圧発生回路1048は、半導体スイッチ(表示なし)と複数のコンデンサ(表示なし)を有し得る。種々の実施形態において、コネクタ1050,1052は、高電圧発生回路1048を第1電極1004と第2電極1006に接続する。
High
インピーダンス測定回路1054は、コネクタ1050とリアルタイムクロック1016の両方に接続される。インピーダンス測定回路1054は、A/D(アナログデジタル)変換器1056を通じてリアルタイムクロックにインターフェースで連結される。別のインピーダンス測定回路1058は、コネクタ1050とリアルタイムクロック1016に接続され得ると共に、A/D変換器1056を通じてプロセッサ1008にインターフェースで連結され得る。CPR装置1060は、コネクタ1052とA/D変換器1056を通じてプロセッサ1008とリアルタイムクロック1016に接続され得る。CPR装置1060は、胸部圧迫検出装置または手動、自動か半自動式の機械的胸部圧迫装置であり得る。
同様に当然のことながら模範的実施形態または複数の模範的実施形態は、単なる実施例であり、本発明の範囲、適用性、または構成を何らかの方法で制限しようとするものではない。むしろ、前述の詳細な説明は、当業者に模範的実施形態または複数の模範的実施形態を実行するのに役立つ開示を提供することになる。当然のことながら、種々の変更は、添付の特許請求の範囲とその法的等価物に示されるような本発明の範囲から逸脱しなければ、要素の機能と配置において行われることが可能である。 Similarly, it is to be understood that the exemplary embodiment or exemplary embodiments are only examples, and are not intended to limit the scope, applicability, or configuration of the invention in any way. Rather, the foregoing detailed description will provide those skilled in the art with disclosure that will help them to implement the exemplary embodiment or embodiments. It will be appreciated that various changes may be made in the function and arrangement of elements without departing from the scope of the invention as set forth in the appended claims and their legal equivalents. .
上記の実施形態は、制限ではなく、例示しようとするものである。付加的実施形態は、特許請求の範囲内である。更に本発明の特徴は、特定の実施形態を参照して記載されてきたが、当業者は、特許請求の範囲によって規定されるような本発明の趣旨と範囲から逸脱しなければ、形態と詳細において変更し得ることを認めるだろう。 The above embodiments are intended to be illustrative rather than limiting. Additional embodiments are within the scope of the claims. Furthermore, while features of the invention have been described with reference to specific embodiments, those skilled in the art will recognize the form and details without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the claims. Will admit that it can be changed.
当業者は、本発明が上記の何れかの個々の実施形態において例示されるよりも少ない特徴を有し得ることを認めるだろう。本明細書において記載された実施形態は、本発明の種々の特徴を組合せ得る方法を包括的に示すものではない。従って、実施形態は、相互に排
他的な特徴の組合せではなく、むしろ本発明は、当業者によって理解されるような、異なる個々の実施形態から選択された異なる個々の特徴の組合せを有し得る。
Those skilled in the art will appreciate that the present invention may have fewer features than are exemplified in any individual embodiment described above. The embodiments described herein are not exhaustive of the ways in which the various features of the present invention can be combined. Thus, the embodiments are not mutually exclusive feature combinations, but rather the invention may have different individual feature combinations selected from different individual embodiments, as will be understood by those skilled in the art. .
上記の文書の参照文献による何れかの取込みは、本明細書における明白な開示に反した主題が包含されないように、制限される。上記の文書の参照文献による任意の取込みは、文書に含まれる請求項が、本明細書における参照文献によって取込まれないように、更に制限される。上記の文書の参照文献による任意の取込みは、本明細書において明確に包含されない限り、文書において提供される任意の定義は、本明細書における参照文献によって組込まれないように更に制限される。 Any incorporation by reference of documents above is limited such that no subject matter is contrary to the express disclosure herein. Any incorporation by reference of documents above is further limited such that claims contained in the document are not incorporated by reference herein. Any incorporation by reference of documents above is further limited so that any definition provided in the document is not incorporated by reference herein unless expressly included herein.
本発明の請求項を解釈できるように、特殊用語「のための手段」または「のための段階」は、請求項において列挙されない限り、合衆国第35法典第212条第6パラグラフの規定が行使されるべきではないことを明確にしようとするものである。
In order to be able to interpret the claims of the present invention, the special terms “means for” or “steps for” are subject to the provisions of
Claims (15)
心臓組織の物理的インパルスを表わすECG信号を検知する手段と;
生理的機能を表わすアーチファクト信号を検知する手段と;
区分ステッチング適合アルゴリズムを用いることによって、前記ECG信号から前記アーチファクト信号を除去する手段と
を備え、
前記区分ステッチング適合アルゴリズムは、
前記ECG信号と前記アーチファクト信号とから複数の信号試料窓を選択する手段と;
選択された複数の前記信号試料窓に基づき前記ECG信号から1次ECG信号セグメントを生成するとともに、前記アーチファクト信号から1次アーチファクト信号セグメントを生成する手段と;
前記1次ECG信号セグメントと1次アーチファクトセグメントの間の関係を測定する手段と;
測定された前記関係に基づき前記1次ECG信号セグメントにおけるECG信号アーチファクトを推定する手段と;
前記1次ECG信号セグメントから、推定された前記ECG信号アーチファクトを除去する手段と
を備える、フィルタ装置。 A filter device for filtering artifacts from an ECG signal in real time, the filter device comprising:
Means for detecting an ECG signal representative of a physical impulse of cardiac tissue;
Means for detecting an artifact signal representing a physiological function;
Means for removing the artifact signal from the ECG signal by using a piecewise stitching adaptation algorithm ;
The segment stitching adaptation algorithm is:
Means for selecting a plurality of signal sample windows from the ECG signal and the artifact signal;
Means for generating a primary ECG signal segment from the ECG signal based on the plurality of selected signal sample windows and generating a primary artifact signal segment from the artifact signal;
Means for measuring a relationship between the primary ECG signal segment and the primary artifact segment;
Means for estimating an ECG signal artifact in the primary ECG signal segment based on the measured relationship;
Means for removing the estimated ECG signal artifact from the primary ECG signal segment;
It comprises, filter device.
心臓組織の物理的インパルスを表わすECG信号を検知するECGセンサと;
生理的機能を表わすアーチファクト信号を検知するアーチファクトセンサと;
前記アーチファクト信号によってもたらされたECG信号アーチファクトを計算するためと、区分ステッチング適合アルゴリズムを利用して前記ECG信号から前記ECG信号アーチファクトを除去するためとにプログラムされた、前記ECGセンサと前記アーチファクトセンサに連結された区分ステッチング適合アルゴリズムプロセッサと
を備え、
前記区分ステッチング適合アルゴリズムプロセッサは、前記区分ステッチング適合アルゴリズムプロセッサに作動可能に連結されたメモリに記憶された命令を実行するように構成され、前記命令は、
前記ECG信号と前記アーチファクト信号とから複数の信号試料窓を選択することと;
前記ECG信号から1次ECG信号セグメントを生成するとともに、前記アーチファクト信号から1次アーチファクト信号セグメントを生成することと;
前記1次ECG信号セグメントと1次アーチファクト信号セグメントの間の関係を測定することと;
測定された前記関係に基づき1次信号における信号アーチファクトを推定することと;
前記1次ECG信号セグメントから、推定された前記信号アーチファクトを除去することと
を有する、フィルタ装置。 A filter device having a processor configured to filter CPR compression artifacts from an ECG signal in real time, the filter device comprising:
An ECG sensor for detecting an ECG signal representative of a physical impulse of cardiac tissue;
An artifact sensor for detecting an artifact signal representing a physiological function;
The ECG sensor and the artifact programmed to calculate an ECG signal artifact caused by the artifact signal and to remove the ECG signal artifact from the ECG signal using a piecewise stitching adaptation algorithm A segmented stitching adaptation algorithm processor coupled to the sensor ;
The piece stitching adaptation algorithm processor is configured to execute instructions stored in a memory operatively coupled to the piece stitching adaptation algorithm processor, the instructions comprising:
Selecting a plurality of signal sample windows from the ECG signal and the artifact signal;
Generating a primary ECG signal segment from the ECG signal and generating a primary artifact signal segment from the artifact signal;
Measuring a relationship between the primary ECG signal segment and the primary artifact signal segment;
Estimating a signal artifact in the primary signal based on the measured relationship;
Removing the estimated signal artifact from the primary ECG signal segment;
The having, filter apparatus.
前記フィルタ装置は、
心臓組織の物理的インパルスを表わすECG信号を検知するECGセンサと;
生理的機能を表わすアーチファクト信号を検知するアーチファクトセンサと;
前記ECGセンサと前記アーチファクトセンサとに連結された区分ステッチング適合アルゴリズムプロセッサと
を有し、
前記作動方法は、クリーンなECG信号を生成するため区分ステッチング適合アルゴリズムを用いて前記ECG信号から前記信号アーチファクトを自動的に除去すべく、前記区分ステッチング適合アルゴリズムプロセッサが下記の各工程を行うことを備え、
前記ECG信号から第1信号試料窓を選択するとともに、前記アーチファクト信号から第2信号試料窓を選択し、;
前記第1信号試料窓から1次ECG信号セグメントを生成するとともに、前記第2信号試料窓から1次アーチファクト信号セグメントを生成し、
前記1次ECG信号セグメントと前記1次アーチファクト信号セグメントとの間の関係を測定し、
前記関係に基づき前記1次ECG信号セグメントにおける信号アーチファクトを推定し、
前記1次ECG信号セグメントから、推定された前記信号アーチファクトを除去する、フィルタ装置の作動方法。 A method for operating a filter device as a machine-implemented process for filtering signal artifacts from ECG signals in real time, comprising:
The filter device includes:
An ECG sensor for sensing a ECG signal representing a physical impulse of cardiac tissue;
And artifact sensor for sensing an artifact signal representing a physiological function;
A segmented stitching adaptation algorithm processor coupled to the ECG sensor and the artifact sensor;
Have
The method of operation, in order to automatically remove the signal artifact from the ECG signal have use the PSAA to generate a clean ECG signal, the PSAA processor performs the steps below Prepared
Selecting a first signal sample window from the ECG signal and selecting a second signal sample window from the artifact signal;
Generating a primary ECG signal segment from the first signal sample window and generating a primary artifact signal segment from the second signal sample window;
Measuring a relationship between the primary ECG signal segment and the primary artifact signal segment;
Estimating signal artifacts in the primary ECG signal segment based on the relationship;
A method of operating a filter device, wherein the estimated signal artifact is removed from the primary ECG signal segment .
請求項3記載の作動方法。 The method of operation further comprises using a rhythm analysis algorithm processor to identify a shocking ECG rhythm.
The operating method according to claim 3 .
区分ステッチング適合アルゴリズムが前記ECG信号から前記信号アーチファクトを自動的に除去すべく、前記区分ステッチング適合アルゴリズムプロセッサを起動する、
請求項3記載の作動方法。 When the artifact sensor detects an artifact representing a physical impulse,
In order to automatically remove the signal artifact PSAA from the ECG signal, it activates the PSAA processor,
The operating method according to claim 3 .
更に前記ECG信号と前記アーチファクト信号の間の時間遅延に依存して均一な大きさと不均一な大きさの信号試料窓からなる群から選択された信号試料窓を選択することを有する、
請求項3記載の作動方法。 Selecting the first signal sample window from the ECG signal and selecting the second signal sample window from the artifact signal;
Further comprising selecting a signal sample window selected from the group consisting of signal sample windows of uniform size and non-uniform size depending on a time delay between the ECG signal and the artifact signal.
The operating method according to claim 3 .
更に整合性の開始時間と終了時間を用いて、前記第1信号試料窓と前記第2信号試料窓を選択することを有する、
請求項3記載の作動方法。 Selecting the first signal sample window from the ECG signal and selecting the second signal sample window from the artifact signal;
Furthermore with reference to the end time and integrity of the start time, comprises selecting a said first signal sample window and the second signal sample window,
The operating method according to claim 3 .
非整合性の信号試料窓開始時間と信号試料窓終了時間を用いて、前記第1信号試料窓と前記第2信号試料窓を選択することを有する、
請求項3記載の作動方法。 Selecting the first signal sample window from the ECG signal and selecting the second signal sample window from the artifact signal;
Using signal sample window start time of the non-integrity and signal sample window end time comprises selecting a said first signal sample window and the second signal sample window,
The operating method according to claim 3 .
シフト自己相関計算を用いて前記ECG信号と前記アーチファクト信号の間の位相リードまたは位相ラグを推定することを有し、
前記位相リードまたは前記位相ラグの計算は、更なる信号試料窓を選択すべくメモリに記憶されることを有する、
請求項3記載の作動方法。 The operating method further comprises:
Estimating a phase lead or phase lag between the ECG signal and the artifact signal using a shift autocorrelation calculation;
The calculation of the phase lead or phase lag comprises being stored in memory to select a further signal sample window;
The operating method according to claim 3 .
均等重付けと中央セグメント重付けからなる群から選択された重付法で1次と2次の信号セグメントを重付けすることを有する、
請求項3記載の作動方法。 The operating method further comprises:
Weighting the primary and secondary signal segments with a weighting method selected from the group consisting of equal weighting and center segment weighting;
The operating method according to claim 3 .
請求項3記載の作動方法。 The artifact signal is selected from the group consisting of a CPR compression signal and a hemodynamic signal;
The operating method according to claim 3 .
請求項3記載の作動方法。 The artifact signal is generated by applying a bandpass filter to the ECG signal;
The operating method according to claim 3 .
前記時間領域推定は、ゼロ交差とピークピーク振動からなる群から選択される、
請求項3記載の作動方法。 The artifact signal is graded by using time domain estimation to generate a grade,
The time domain estimate is selected from the group consisting of zero crossings and peak-peak oscillations;
The operating method according to claim 3 .
請求項13記載の作動方法。 The grade indicates the quality of the signal-to-noise ratio and provides a further rhythm identification confidence criterion,
The operating method according to claim 13, wherein.
請求項3記載の作動方法。 The method of operation further comprises denoising the ECG signal and the artifact signal.
The operating method according to claim 3 .
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